一、引言 # h0 R0 f) X& Z( z& y3 F
随着RTK的普及和水上导航测量软件的成熟，一种新型的水上测量方式---无验潮水下地形测量应运而生，因其具备全天候、精度高、作用距离远、效率高的特点，与传统的测量方式相比有着巨大的优势，极大地提高了工作效率，被广泛的应用于各种工程测量之中，本文结合实践经验，介绍无验潮水下地形测量方法及应用。
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二、测深仪的原理/ y/ }) e( w/ P: Y6 m
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/ \( w* D# ^; Z2 R5 S: |- y利用超声波穿透介质并在不同介质表面会产生反射的现象，利用超声波换能器（探头）发射超声波，测出发射波和反射波之间的时间差来进行测量水深。 声波在水中的传播速度为V，换能器（探头）发出超声波，声波经探头发射到水底，并由水底反射回到探头被接收，测得声波信号往返行程所经历的时间为t，则：Z = Vt/2；同时根据探头上固定杆的刻度可获知水面与探头之间的距离，即吃水深度，两者之和即为水深。0 H) F' ], {% a3 a O
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三、无验潮水下地形测量基本原理) k/ m3 e" ?/ ~7 m- }# T H
水下地形测量的主要任务是确定水下某一点的泥面标高，即下图A点的平面坐标(X, Y,Z) 普通的DGPS测量的高程值h0精度比较差，满足不了要求，为了解决水下地形测量，在精度要求不高的地方需要人工的方法检验潮位，这就是常规的验潮方法。: Y8 s, |! ~4 Z" E D: Q. b" ]
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说明：
/ C% A8 ^; ]- D6 f( _ ]" D6 v: a' H! Dh为GPS天线到水面的距离（即天线高）。
7 l% ]6 M) i1 r* M. P1 oa为吃水。
* P- P Z* O6 R" r& _3 Ib为换能器杆子的长度（常数）。
7 g7 w2 o9 h* s1 W' I$ v; |5 J8 Us为换能器底部到水底的深度。. `3 s4 i" K4 B7 f
H为水深。, r! K$ _, y8 O, a, N2 C5 `
h0直接由RTK实时测得。
6 k6 N" g+ r6 d2 p' y4 x7 _. t' ~另外：Z=h0-h-H=水位-H 其中h0-h即为常说的水位。1 R4 K, ~ E8 R- \$ d) i
如上图所示可知Z=h0-b-s 其中水底高程Z只和h0及S相关，与潮位无关，从而达到无验潮效果。$ f; Y0 w; o: \5 z* b
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四、水下地形测量要求及设备3 d, U8 }* T) d2 v1 |
水下地形测量的工作主要由RTK接收机、 数字化测深仪 、内置导航软件等组成。为满足码头施工的需要，根据项目设计要求，需对该水域进行1:500水下地形图测量。
, [: L/ K+ Q: S作业采用的仪器设备软件有：
4 \6 c$ r; U4 h0 ]$ I华测X91GNSS(1+1)
; A0 p2 k! M# E$ _2 |" o) t/ h5 r华测D330单频测深仪
2 N3 b) c3 Y4 a$ x; E Q. I华测Hydronav导航软件 ' y; j& U b6 D: a) w
AUTOCAD辅助成图系统
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' ` V2 c' }: F5 v; K+ E8 v7 K五、水下地形测量的具体实施4 Q/ {6 A6 g$ x' X
水下地形测量分三部分：前期的准备工作，外业数据采集，内业处理及成图输出。1 ]2 l; P" t4 i& O. }' \
1、前期的准备工作。
8 E3 {+ f) N" E, K+ oa. 控制点数据的收集，施工区域位置的确定，施工区域计划线的绘制。 6 n% Z, ^$ m' S5 ^
b. 测深仪换能器的绑扎，换能器一般绑在距离船尾1/3为宜，吃水深度以超过0.5米为佳。
, Y8 ]# ]/ {) @# H4 W" S0 Uc. 任务的建立，设置坐标系、 投影、 转换参数。 - Y5 r' ~8 s3 T9 h9 f
d. 施工区域计划线的绘制。
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如下图按1:500的要求，将施工区域按5米间隔将整个区域分布好。
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2、外业的数据采集
& _9 v" ^" A/ e+ Na.RTK作业：将GPS基准站架设在固定的位置，启动基准站，用移动站采集控制点坐标，进行点校正，再找另外一个控制点进行比对，检测结果符合要求后，方可进行数据采集工作。
) E0 U6 H1 E( u, e0 e# Q* Kb.测深仪水深的比对：在进行水深记录之前，需进行水深的比对工作，调节测深仪的声速，确保测量深度在误差范围内（一般在静水条件下，用比对板在不同的深度进行比测，也可用测深锤比对，通过调节声速，达到要求）。4 M- \7 j+ g) |1 o& n) L
c.RTK和测深仪的联机调试：1 U1 l' n' c' I: R- S& e9 E
（1）将RTK接收机通过数据线连接上D330测深仪,设置好GPS和测深仪的数据格式，通过串口调试助手将信号连接通。6 V4 I9 b% g) a
（2）坐标的检测：将RTK点校正的参数输入到导航软件中，检测软件显示坐标和手簿显示的坐标是否一致（注意：设置好天线高后导航软件显示的高程即为水位），检测合格后方可进行数据采集。
* m5 e% F# @2 S) o4 ~/ hd.数据的采集和保存5 S, [. }& J# W/ U7 [ {! k
（1）打开测深软件，将水深测量图像实时保存下来。' n" e7 D4 u' L* n
（2）打开导航软件，按设计好的计划线，按2米一个点进行数据采集，采集结束后保存。3 K) `# Y1 u& ^) `& u/ h; V
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3、内业处理及成图输出
9 L. @/ x1 w# v. H' R" R( C, ua.内业处理：将记录好的原始数据，通过数据取样，去掉有粗差的水深点，通过后处理软件生成坐标数据文件,数据格式为（点号，X,Y,Z）。
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. B" R( ~! |3 e; E! f2 Zb.成图输出：将通过内业处理好的坐标文件通过绘图软件，直接可以显示位置信息，生成等高线，断面图，三维立体效果图，并可进行土方量的计算和统计。
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六、成果的检验
; g# j$ E# q3 B0 x" r6 y同一地方不同方式比较：在距离码头1公里位置设立自动潮位仪，人工验潮的方式，对同一段进行3次水深测量，无验潮方法测得的数据经过比对，水底高程差值基本小于0.1米。 同一地方交叉测量：在测量的时候先纵向测3条线，再横向测3条线，其中位置相交的地方进行水深比较，水深互差在0.1米之内。
- j# `; C/ k5 O {5 ?. N' m- m七、无验潮水下地形测量的优点
3 `1 T, q; r7 r- T1、无须验潮数据，减少工作量。验潮法需要专人测量水位，建立验潮站或者花钱从水文部门获取水位数据。/ l. k$ i4 | z( J: ?4 f& n
2、每个水位与GPS通过软件自动同步，极大提高精度，GPS数据更新速度达 10 Hz ，每个水深点都对应的水位值，无须内插或外推。3 L" \ `1 e- L
3、减少波浪等引起的误差。验潮法测量中由于波浪影响，换能器上下起伏使得测的水深有误差，在数据处理时无法消除，而无验潮法是通过GPS天线高程来推算水下高程的，天线与探头的相对位置固定，船舶的上下波动跟结果无关。4 i; d9 T4 F9 f6 N A7 c" @6 k
4、数据处理方便、快捷。无验潮采集的数据全部集中在一个文件里面，无需输入潮位信息，即时能进行后处理，编辑水下地形图或断面图。
8 V3 W' M' k+ P2 l+ v" H八、结束语% e! ~! h i' l5 ^
利用测深仪无验潮技术进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、，极大的提高了生产效率，结合华测的Hydronav导航软件，真正实现了全自动测量。值得在水深测量乃至其它水下地形测量中大力推广应用。5 ~2 C; V# a9 V7 U4 A( P% p
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